JP4835574B2

JP4835574B2 - 水素生成システムを備えた車両の制御装置

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Publication number: JP4835574B2
Application number: JP2007286055A
Authority: JP
Inventors: 一保堂園
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2007-11-02
Filing date: 2007-11-02
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2027-11-02
Also published as: JP2009114878A

Description

本発明は、有機ハイドライトを含む水素化燃料を水素と脱水素燃料とに分離し、その少なくとも一方を供給してエンジンを作動させる水素生成システムを備えた車両の制御装置に関する。

本発明に関し、有機ハイドライトを含む水素化燃料を脱水素反応器（リアクタ）で水素と脱水素燃料とに分離して、これらをガソリン代替燃料として使い分けるようにした水素利用内燃機関が公知である（特許文献１、２）。

これら水素利用内燃機関では、脱水素反応器で分離した水素ガスは、いったんポンプで水素バッファタンクに圧送されて貯蔵される。そして、この水素バッファタンクに貯蔵された水素ガスが、エンジンの水素インジェクタに供給されて吸気経路に噴射されるようになっている。
特開２００５−１４７１２４号公報特開２００６−３１２９１０号公報

水素ガスは気体であることから、これを効率よく貯蔵するためには圧縮状態にする必要がある。それには、上記各引用文献にも見られるように、脱水素反応器で分離した水素ガスを圧縮して送給するポンプは欠かすことができない。

しかし、水素ガスを燃料としてエンジンを運転している間は、水素バッファタンク内に貯蔵した水素ガスが消費されるため、その消費量に応じてリアクタで水素を生成して水素バッファタンクに圧送しなければならず、その分ポンプの駆動頻度が高くなって駆動損失が発生するという問題があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、水素ガスを燃料としてエンジンを連続的に運転するような場合でも、ポンプの駆動損失を抑制することができ、より効率的にエンジンに水素ガスを供給することのできる、水素生成システムを備えた車両用の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、従来の水素タンクを経由する第１通路の他に、リアクタと水素噴射装置とを直接的に接続する第２通路を設け、その第２通路を用いて水素ガスをリアクタから直接エンジンの水素噴射装置に供給するとともに、供給する水素ガス量が不足する場合にのみ、その不足分を水素タンクから供給するようにした。

具体的には、有機ハイドライトを含む水素化燃料を排気経路に設けられたリアクタで水素と脱水素燃料とに分離し、その少なくとも一方を供給してエンジンを作動させる水素生成システムを備えた車両の制御装置であって、上記エンジンに燃料として水素を供給するための水素噴射装置と、上記リアクタで分離生成される水素を圧縮して貯蔵する水素タンクと、上記水素噴射装置と水素タンクとを接続する第１通路と、上記リアクタと水素噴射装置とを水素タンクを介さずに接続する第２通路と、上記水素噴射装置への水素の供給を制御する水素供給制御手段と、を備え、上記水素供給制御手段は、上記リアクタで分離生成される水素を、エンジンの要求に応じて第２通路を介して水素噴射装置に供給するとともに、要求される水素量よりもリアクタで生成される水素量の方が少ない場合には、不足分の水素を水素タンクから第１通路を介して水素噴射装置に供給する構成とする。

この構成によれば、まず、水素タンクから水素ガスを供給する第１通路だけでなく、第２通路を利用してリアクタで生成された水素ガスを直接、水素噴射装置に供給することができる。その間、水素タンクに貯蔵された水素ガスは消費されないため、水素ガスを補充する必要がなくなってポンプを駆動させずに済み、それだけ駆動損失を減少させることができる。

ところが、リアクタでは必ずしも安定して必要量の水素ガスが生成できるとは限らない。すなわち、リアクタにおける水素ガスの生成は、触媒を利用した有機ハイドライドの脱水素反応によるものであるため、その脱水素反応を安定化するためには触媒を所定温度以上に保持する必要がある。しかしながら、エンジンのスタート時やアイドリング時など、必ずしもその温度を所定温度以上に保持できる訳ではなく、ときとしてリアクタで生成される水素ガス量が減少し、エンジンが要求する水素ガス量を下回るおそれがある。

そこで、エンジンへの水素ガスの供給不足を回避するために、そのような場合には、リアクタで生成される水素を第２通路を介してエンジンに供給しながら、不足した分の水素ガスのみを水素タンクから第１通路を介してエンジンに供給するようにした。そうすることで、ポンプの駆動損失を抑制しつつ、水素ガスを安定してエンジンに供給することができる。

この場合、上記水素噴射装置として、エンジンの吸気通路に水素を噴射するポート噴射弁と、エンジンの燃焼室に燃料を噴射する直接噴射弁と、を有し、上記直接噴射弁の噴射圧が、ポート噴射弁よりも高く設定されている場合に、上記水素供給制御手段は、エンジンが要求する水素量よりもリアクタで生成される水素量の方が少ない場合であって、リアクタで生成される水素の圧力を直接噴射弁の噴射圧以上に確保できない場合には、リアクタで生成される水素を第２通路を介してポート噴射弁に供給しながら、不足分の水素を水素タンクから第１通路を介して直接噴射弁に供給するように構成することができる。

すなわち、気体である水素ガスを燃料とする場合には、それを燃焼室へ直接噴射するのが充填効率を高める上で好ましいが、水素ガスを燃焼室に直接噴射するには所定以上の噴射圧を確保する必要がある。

しかし、リアクタでの水素ガスの生成量が少ないときにはその噴射圧までも下回るおそれがあるため、そのような場合には、リアクタで生成される噴射圧に満たない水素ガスは、第２通路を介して、比較的低圧でも噴射できるポート噴射弁によりエンジンに供給しながら、不足分の水素ガスは、水素タンクからの供給によって安定して噴射圧が確保できる第１通路を介して直接噴射弁によりエンジンに供給する。

そうすることで、噴射圧が確保できずに直接噴射弁からでは供給ができない場合でも、ポート噴射弁を用いて第２通路を介して水素ガスの供給ができるため、水素タンクの水素を使用しなくて済む分、更にいっそうポンプの駆動損失を抑制することができる。不足分は直接噴射弁により燃焼室に直接供給するので、充填効率を確保しながら水素ガスを安定してエンジンに供給することができる。

具体的には、上記第１通路は直接噴射弁に接続され、第２通路はポート噴射弁に接続されていて、上記第１通路と第２通路との間に、両者を接続するバイパス通路が設けられており、上記バイパス通路に配設された開閉式のバルブと、該バルブを開閉制御するバルブ開閉手段と、を備えるようにすればよい。システムを複雑化せずに簡単な設備と制御で実現できる。

すなわち、リアクタでの水素ガスの生成量が比較的多くて、直接噴射弁の噴射圧が確保できる場合には、バルブを開けばバイパス通路を経由してリアクタで生成される水素ガスをそのまま直接噴射弁に供給することができる。そして、リアクタでの水素ガスの生成量が少なくて直接噴射弁の噴射圧を確保できない場合には、バルブを閉じることで第１通路と第２通路との連通状態が遮断でき、噴射圧に満たない水素ガスは、第２通路を介してポート噴射弁から供給する一方、水素タンクに貯蔵された噴射圧以上の水素ガスは、第１通路を介して直接噴射弁から供給することができる。

以上説明したように、本発明に係る水素生成システムを備えた車両の制御装置によれば、比較的簡単な構成でありながら、水素ガスを燃料としてエンジンを連続運転するような場合にでもポンプの駆動損失を抑制することができ、より効率的にエンジンに水素ガスを供給することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１に、本発明に係る水素生成システムの概要を示す。この水素生成システムは、有機ハイドライトを含む水素化燃料で駆動するエンジン１を搭載した車両に装備されていて、その主燃料となる水素ガスを生成するシステムである。本実施形態では、有機ハイドライトとしてメチルシクロヘキサン（以下、ＭＣＨという）が使用される。

ＭＣＨは、これを貯留するＭＣＨタンク２からリアクタ３に供給され、そこでの脱水素反応によって水素ガスが生成され、気液分離装置４でトルエン（脱水素燃料）と分離される。生成された水素ガスは、いったん水素タンク５に貯蔵された後エンジンに供給されるか（図中矢印Ａ）、エンジンにそのまま供給される（図中矢印Ｂ）。一方、分離された液状のトルエンは、トルエンタンク６に貯留される。

分離生成される水素ガス及びトルエンは、いずれもエンジン１の燃料として使用可能であるが、本実施形態では主として水素ガスが燃料として使用され、トルエンは、いわば補助燃料として限られた状況下でのみ燃料として使用される。

（第１実施形態）
図２は第１実施形態におけるこの水素生成システムの全体構成を示しており、以下これを用いて更に詳しく説明する。

ＭＣＨタンク２は、例えば車両の後部に搭載されていて、図示しない給液口を介して車外からＭＣＨの供給が可能になっている。ＭＣＨタンク２はまた、ＭＣＨ移送管７でリアクタ３に接続されており、ＭＣＨタンク２内に貯留されるＭＣＨは、そのＭＣＨ移送管７の途中に介設されたポンプ７ａによってリアクタ３に送液される。ＭＣＨタンク２のＭＣＨ移送管７との接続端には、その連通路を開閉するＭＣＨタンク元弁２ａが配設されている。

リアクタ３は、その内部に白金等の金属触媒を有し、その金属触媒を利用してＭＣＨをトルエンと水素とに化学的に分離する脱水素反応を生じさせる反応装置である。この脱水素反応は比較的大きな熱量を必要とする吸熱反応であり、その反応の安定化には金属触媒を所定温度以上に保つ必要があることから、リアクタ３は排気ガスの熱がよく伝わるように排気管８に密着するように取り付けられている。尚、符号２９はそのリアクタの温度を検出するためのリアクタ温度センサである。

例えば、図３は、リアクタ３における、ＭＣＨから水素ガスへの転換効率と金属触媒の温度との関係を模式的に示したものであるが、３００℃以下では転換効率は低く、３００℃から温度が低下するに従って急激に転換効率は低下する。一方、３００℃を超えると転換効率はほぼ一定に保たれる。尚、転換効率の変化点となる温度は金属触媒の構成によって定まるものであるため、ここでの３００℃はその所定の温度の一例である。

このようにリアクタにおける水素ガスの生成量はその温度に大きく依存しているため、リアクタには、例えば車両のスタート時やアイドル運転時など、排気ガスからの熱が十分に得られずにその温度が３００℃を下回ると、水素ガスの生成量が減少して不安定になるというデメリットがある。

リアクタ３はまた、気液分離装置４に接続されていて、これにリアクタ３内で生成した水素ガスとトルエンとが移送されて冷却されることにより、その内部でトルエンが液化して水素ガスとトルエンとが上下に分離する。

気液分離装置４の上部には、その内部に連通する配管が設けられていて、小型の水素タンク５に連通する水素移送管９と、詳細は後述する第２水素供給管（第２通路）３０とに接続されている。水素移送管９には、比較的高圧にまで加圧できる高出力の加圧ポンプ９ａが介設されており、気液分離装置４内の上部に溜まった水素ガスを水素タンク５に圧送するように構成されている。

気液分離装置４の下部には、この気液分離装置４よりも下側に配設された、ＭＣＨタンク２よりも大容量のトルエンタンク６に連通するトルエン移送管１０が接続されていて、このトルエン移送管１０を介して気液分離装置４内で液化したトルエンがトルエンタンク６に流れ込むように構成されている。

水素タンク５は、第１水素供給管（第１通路）１２で、エンジン１の燃焼室に直接水素ガスを噴射する、所謂直噴型の水素直接噴射弁１３と接続されていて、その途中には水素直接噴射弁１３の噴射圧を一定に保持するための第１レギュレータ１１が介設されている。水素タンク５の水素供給管１２との接続端には、その連通路を開閉する水素タンク元弁５ａが配設されている。

一方、第２水素供給管３０は、その下流端が第１水素供給管１２の下流端の近傍部位に接続されていて、水素タンク５を介さずに直接エンジン１の水素直接噴射弁１３に水素ガスを供給するようになっている。第２水素供給管３０には、水素直接噴射弁１３の噴射圧を一定に保持するための第２レギュレータ３１が介設され、その第２レギュレータ３１と気液分離装置４との間には、管内を流れる水素ガスの流量を検出する流量センサ３２が介設されている。

すなわち、本実施形態では、リアクタ３で生成される水素ガスは、水素移送管９を介して加圧ポンプ９ａにより圧縮されていったん水素タンク５に貯蔵され、その後、第１水素供給管１２を通じて間接的に水素直接噴射弁１３に供給する経路と、第２水素供給管３０を通じて直接的に水素直接噴射弁１３に供給する経路との２つの経路でエンジン１の燃焼室に供給できるようになっている。

一方、トルエンタンク６は、ポンプ１４ａが介設されたトルエン供給管１４で、エンジン１の吸気ポート１ａにトルエンを噴射する、所謂ポート噴射型のトルエン燃料噴射弁１５と接続されていて、このトルエン供給管１４を介してエンジン１にトルエンが供給されるようになっている。トルエンタンク６のトルエン供給管１４との接続端には、その連通路を開閉するトルエンタンク元弁６ａが配設されている。尚、トルエンタンク６に溜まったトルエンは、例えばＭＣＨタンク２へのＭＣＨの供給と併せて回収された後、水素化され、ＭＣＨとして再利用されることとなる。

エンジン１で発生する排気ガスは、従来の車両と同様に排気マニホールドから排気管８を経由して車外に排出されるように構成されていて、その排気管８には、先のリアクタ３の他、排気ガスに含まれるＨＣ等の有害物質を浄化する公知の三元触媒１６が配設されている。この三元触媒１６もまた、その機能を安定して発揮させるために排気ガスの熱が利用されている。尚、本実施形態での三元触媒１６はリアクタ３の上流側に配設されているため、リアクタ３の吸熱による影響を受けない。

エンジン１の吸気ポートに連なる吸気管１７には、メインＥＧＲ管１８の一端が接続されていて、その他端からリアクタ３の上流側と下流側の排気管８の各部位にそれぞれ接続される第１及び第２のＥＧＲ管２０，２１が分岐しており、リアクタ３の前後の排気管８から排気ガスの一部を導入して吸気管１７に還流する、所謂排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムが構成されている。

第１及び第２のＥＧＲ管２０，２１それぞれには、排気ガスの通路を開閉する第１及び第２の切り替えバルブ２０ａ，２１ａが設けられている。また、メインＥＧＲ管１８の他端寄りには、排気ガスの流量を調整するＥＧＲ弁１８ａが設けられており、吸気管１７の流入端側には、吸気の流量を調整するスロットル弁１７ａが設けられている。

このＥＧＲシステムでは、エンジン１の負荷状態に応じて排気ガスの導入経路の切り替え制御が行われる。具体的には、エンジン１が高負荷域にある場合には、燃焼室へ多くの排気ガスを取り込むために、第１ＥＧＲ管２０よりも第２ＥＧＲ管２１を流れる排気ガスの流量が大きくなるように制御され、エンジン１が低負荷域にある場合には、燃焼室への排気ガスの取り込み量を抑制するために、第２ＥＧＲ管２１よりも第１ＥＧＲ管２０を流れる排気ガスの流量が大きくなるように制御される。こうすることで、高負荷域での異常燃焼と、低負荷域での燃焼不良とが防止できるようになっている。

かかる構成の水素生成システムは、制御装置である制御コンピュータ２２（以下単にＥＣＵ２２という）により電子制御されており、エンジン１に水素ガスを供給する制御もこのＥＣＵ２２によって実行される。

図４は、その構成を示すブロック図であり、ＥＣＵ２２は、エンジン１の回転数を検出するエンジン回転数センサ２３や、アクセルの開度を検出するアクセル開度センサ２４、トルエンタンク６内のトルエン残量を検出するトルエンタンク残量センサ２５、圧力変化により水素タンク５内の水素ガスの残量を検出する水素タンク圧力センサ２６の他、先に説明したリアクタ温度センサ２９や流量センサ３２等の各種センサに接続されており、これらセンサから入力される電気信号に基づいて、ＭＣＨタンク元弁２ａ、トルエンタンク元弁６ａ等を総合的に制御する。また、図示しないが、ＥＣＵ２２には、実験等によって得られる、図３に示したような、リアクタ３での転換効率と温度との関係を表すマップデータも記憶されている。

以下、このＥＣＵ２２による水素生成システムの制御の流れについて、図５のフローチャートを参照しながら説明する。

まず最初に、ＥＣＵ２２はエンジン１の負荷状態を確認するために、アクセル開度センサ２４からのアクセルの開度の電気信号と、エンジン回転センサ２３からのエンジン１の回転数の電気信号とをそれぞれ読み込む処理を行う（ステップＳ１）。

そして、本実施形態の水素生成システムでは、通常は燃料として水素ガスが使用されるが、そうでない場合（ステップＳ２でＮＯ）、例えば、トルエン量の増加によりトルエンタンク６に貯留できなくなってリアクタ３での水素ガスの生成ができなくなるおそれがあるような場合には、トルエンが燃料として使用され、エンジン１が要求する噴射量に応じてトルエンタンク６からトルエン燃料噴射弁１５にトルエンが供給される（ステップＳ３）。

具体的には、図２を参照して、水素タンク元弁５ａを閉じてエンジン１への水素ガスの供給を停止するとともに、トルエンタンク元弁６ａを開いてポンプ１４ａを駆動させ、トルエンタンク６内のトルエンが十分減少するまでトルエン燃料噴射弁１５から吸気ポート１ａにトルエンを噴射した後、再度水素ガスを使用燃料とする元の状態に切り替わる。但し、トルエンタンク６はＭＣＨタンク２よりも大容量であるため、通常は水素ガスが燃料として使用されて以下の処理が実行される（ステップＳ２でＹＥＳ）。

ＥＣＵ２２は、リアクタ３での脱水素反応の状態を確認するために、リアクタ温度センサ２９で検出されるリアクタ３の温度が所定温度以下であるかどうかを判定する（ステップＳ４）
そして、リアクタ３の温度が所定温度、具体的には、先の図３では３００℃とした転換効率が安定化し始める温度、を超えている場合には（ステップＳ４でＮＯ）、リアクタ３は転換効率が安定して水素ガスを十分に生成できる状態にあるため、エンジン１の要求する水素ガスの噴射量に応じてリアクタ３にＭＣＨが供給される（ステップＳ５）。

具体的には、図２を参照して、ＥＣＵ２２は、ＭＣＨタンク元弁２ａを開くとともに、エンジン１が要求する水素ガスの噴射量を生成するＭＣＨ量を算出し、その量のＭＣＨをポンプ７ａによりリアクタ３に供給する。リアクタ３に供給されるＭＣＨは脱水素反応により水素とトルエンとに化学的に分離し、その後、気液分離装置４でトルエンが液化してトルエン移送管１０を介してトルエンタンク６に流入することで、水素ガスはトルエンと分離する。

このようにエンジン１が要求する噴射量以上の水素ガスが分離生成されているときには、その圧力は水素直接噴射弁１３の噴射圧以上になるため、水素タンク元弁５ａが閉じられ、水素タンク５から水素直接噴射弁１３への水素ガスの供給が遮断されて、第２水素供給管３０を介してリアクタ３から直接的に水素ガスが水素直接噴射弁１３に供給される（ステップＳ６）。

リアクタ３から直接エンジン１へ水素ガスを供給することで、水素タンク５内の水素ガスを消費せずに済み、加圧ポンプ９ａを駆動して水素タンク５に水素ガスを補充する必要がなくなるため、それだけ駆動損失を減少させることができる。

また、図６に示すように、エンジン１に要求される負荷が大きくなるほど、水素ガスの要求噴射量も大きくなるが、その分、排気ガス量も増えてリアクタ３の温度が更に安定するし、燃焼室へ直接水素ガスを噴射することから、充填効率を損なわずに水素ガスを無駄なく燃焼させることができる。

一方、リアクタ３の温度が所定温度以下の場合には（ステップＳ４でＹＥＳ）、リアクタ３の温度とエンジン１が要求する水素ガスの噴射量とに応じてリアクタ３にＭＣＨが供給される（ステップＳ７）。

すなわち、ＥＣＵ２２は、リアクタ温度センサ２９で検出されるリアクタの温度と、リアクタ３の転換効率と温度との関係を示すマップデータとを照合してリアクタ３の現在の転換効率を算出する。そして、その算出した転換効率を考慮して水素ガスが最も効率よく生成できる最適なＭＣＨ量を求め、その量のＭＣＨをリアクタ３に供給する。

そして、そのＭＣＨ量でエンジン１が要求する噴射量の水素ガスの供給が可能かどうかを判定し（ステップＳ８）、可能である場合には、第２水素供給管３０を介してリアクタ３から水素直接噴射弁１３に水素ガスが供給され（ステップＳ９）、可能でない場合には、流量センサ３２で検出される水素ガスの流量に基づいて水素直接噴射弁１３の噴射圧が確保できるかどうかが判定される（ステップＳ１０）。

そうして、ＥＣＵ２２は、図７の矢印線で示すように、その噴射圧が確保できる場合には、第２水素供給管３０を介して水素ガスをリアクタ３から水素直接噴射弁１３に供給するとともに、不足分の水素ガスは水素タンク５から第１水素供給管１２を介して水素直接噴射弁１３に供給する（ステップＳ１１，Ｓ１２）。

一方、水素直接噴射弁１３の噴射圧が確保できない場合には、ＥＣＵ２２は、第２水素供給管３０からの水素ガスの供給を停止し、加圧ポンプ９ａを駆動可能にしてリアクタ３で生成される水素ガスは水素タンク５に貯蔵するとともに、エンジン１が要求する噴射量に応じて水素タンク５から第１水素供給管１２を介して水素直接噴射弁１３に水素ガスを供給する（ステップＳ１３，Ｓ１４）。

このように、ＥＣＵ２２によって第１水素供給管１２と第２水素供給管３０とを切替制御することで、加圧ポンプ９ａの駆動頻度を少なくでき、リアクタ３での水素ガスの生成量が変化しても常に安定して水素ガスを供給することができる。
（第２実施形態）
図８は第２実施形態におけるこの水素生成システムの全体構成を示し、図９はその制御装置のブロック図を示している。第１実施形態では水素噴射装置として水素直接噴射弁１３のみを用いた構成を示したが、本実施形態では、それに加えて水素ポート噴射弁３３を用いた構成を示している。尚、第１実施形態と同じ構成については、同一の符号を付してその説明は省略し、以下、異なる構成について説明する。

図８に示すように、本実施形態の水素生成システムの第２水素供給管（第２通路）３０は、水素直接噴射弁１３ではなく、水素ポート噴射弁３３に接続されている。水素ポート噴射弁３３は、トルエン燃料噴射弁１５の隣接部位に配設されていて、水素ガスを吸気ポート１ａ内に噴射して吸気と混合した状態で燃焼室に供給する。

この水素ポート噴射弁３３の噴射圧は水素直接噴射弁１３の噴射圧よりも低く設定されている。例えば、水素直接噴射弁１３の噴射圧が０．６ＭＰａに設定されるのに対し、水素ポート噴射弁３３の噴射圧は０．３ＭＰａに設定される。

本実施形態の第２水素供給管３０には、水素直接噴射弁１３の噴射圧を一定に保持するための第２レギュレータ３１や流量センサ３２のほか、第２レギュレータ３１と水素ポート噴射弁３３との間に水素ポート噴射弁３３の噴射圧を一定に保持するための第３レギュレータ３４が介設されている。

そして、第２及び第３のレギュレータ３１，３４の間の第２水素供給管３０と、第１レギュレータ１１と水素直接噴射弁１３の間の第１水素供給管１２とに、両者を接続するバイパス管３５が接続されている。このバイパス管３５には、開閉式の通路切替バルブ３５ａが配設されていて、ＥＣＵ２２による開閉制御によって第１水素供給管１２と第２水素供給管３０の上記所定部位の間が連通状態と遮断状態とに切り替えられる（バルブ開閉手段）。

すなわち、本実施形態では、リアクタ３で生成される水素ガスは、水素移送管９を介して加圧ポンプ９ａにより圧縮されていったん水素タンク５に貯蔵された後、第１水素供給管１２を通じて間接的に水素直接噴射弁１３に供給する第１の経路と、第２水素供給管３０を通じて直接的に水素ポート噴射弁３３に供給する第２の経路と、第２水素供給管３０及びバイパス管３５を通じて直接的に水素直接噴射弁１３に供給する第３の経路とでエンジン１に供給できるようになっている。

そして、通常は第３の経路が選択されていて、水素タンク元弁５ａは閉じられて水素タンク５からの水素ガスの供給は停止され、通路切替バルブ３５ａは開かれて、水素ポート噴射弁３３は閉じた状態となっている。

図１０は、本実施形態におけるＥＣＵ２２による水素生成システムの制御の流れを示している。その制御の流れのうち、ステップＳ１〜ステップＳ１０までは、第１実施形態と同じであるためその説明は省略する。

本実施形態では、流量センサ３２で検出される水素ガスの流量に基づいて水素直接噴射弁１３の噴射圧が確保できるかどうかが判定され（ステップＳ１０）、確保できると判定されると（ステップＳ１０でＹＥＳ）、図１１の（ａ）の矢印線に示すように、第２水素供給管３０及びバイパス管３５を介して水素ガスをリアクタ３から水素直接噴射弁１３に供給するとともに、不足分の水素ガスは水素タンク５から第１水素供給管１３を介して水素直接噴射弁１３に供給する（ステップＳ２０，Ｓ２１）。

一方、確保できないと判定されると（ステップＳ１０でＮＯ）、第１実施形態では、リアクタ３で生成された水素ガスは水素タンク５に貯蔵するようになっていたのに対し（ステップＳ１３，Ｓ１４）、本実施形態では更に水素ポート噴射弁３３からの供給が行われる。

すなわち、流量センサ３２で検出される水素ガスの流量に基づいて水素ポート噴射弁３３の噴射圧が確保できるかどうかが判定される（ステップＳ２２）。

ＥＣＵ２２は、図１１の（ｂ）の矢印線で示すように、その噴射圧が確保できる場合には、通路切替バルブ３５ａを閉じて第１水素供給管１２と第２水素供給管３０とがそれぞれ独立する遮断状態にするとともに（ステップＳ２３）、水素ポート噴射弁３３を開いて第２水素供給管３０を介して水素ガスをリアクタ３から水素ポート噴射弁３３に供給する（ステップＳ２４）。

そして、エンジン１が要求する噴射量の水素ガスに対して不足する水素ガス量については、第１水素供給管１２を介して水素タンク５から水素直接噴射弁１３に供給する（ステップＳ２５）。

こうすることで、水素タンク５に貯蔵された水素ガスの使用量を第１実施形態に比べて少なくすることができ、加圧ポンプ９ａの駆動損失を更に抑制することができる。また、不足分の水素ガスは直接燃焼室に噴射することで、水素ガスの充填効率を高く保持できる利点もある。

そして最後に、水素ポート噴射弁３３の噴射圧も確保できない場合には、第１実施形態のステップＳ１３，Ｓ１４と同様に、リアクタ３で生成された水素ガスを水素タンク５に貯蔵するとともに、水素タンク５から直接噴射弁１３に供給する処理が行われる（ステップＳ２６、Ｓ２７）。

なお、本発明は前記の各実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。

例えば、上記実施形態では、有機ハイドライトを含む水素化燃料としてＭＣＨを使用しているが、本発明はその他の水素化燃料を使用する場合にも有効である。水素化燃料は、有機ハイドライト単体であっても混合体であってもよく、また、その一部に有機ハイドライトを含む場合であってもよい。

噴射圧の検出には圧力センサを用いることができる。

第１実施形態では、１つの水素直接噴射弁１３を第１及び第２の水素供給管１２，３０で共用したが、水素直接噴射弁を２つ設けて、それぞれ別々にエンジン１の燃焼室に供給することもできる。またこれと同様に、第２実施形態でも２つの水素直接噴射弁を設け、バイパス管３５に代えてリアクタ３と水素直接噴射弁１３とを接続する第３の水素供給管を設けるようにしてもよい。

本発明に係る水素生成システムの概念図である。第１実施形態の水素生成システムの全体構成図である。リアクタでの温度と転換効率との関係を示す図である。第１実施形態の制御装置のブロック図である。第１実施形態の制御の流れを示すフローチャートである。エンジンの要求負荷と要求噴射量との関係を示す図である。第１実施形態における水素ガスの流れを示す図である。第２実施形態の水素生成システムの全体構成図である。第２実施形態の制御装置のブロック図である。第２実施形態の制御の流れを示すフローチャートである。第２実施形態における水素ガスの流れを示す図である。

符号の説明

１エンジン
２ＭＣＨタンク
３リアクタ
４気液分離装置
５水素タンク
６トルエンタンク
８排気管
９ａ加圧ポンプ
１２第１水素供給管（第１通路）
１３水素直接噴射弁（水素噴射装置）
２２制御コンピュータ（水素供給制御手段、バルブ開閉手段）
３０第２水素供給管（第２通路）
３３水素ポート噴射弁（水素噴射装置）
３５バイパス管
３５ａ通路切替バルブ

Claims

有機ハイドライトを含む水素化燃料を排気経路に設けられたリアクタで水素と脱水素燃料とに分離し、その少なくとも一方を供給してエンジンを作動させる水素生成システムを備えた車両の制御装置であって、
上記エンジンに燃料として水素を供給するための水素噴射装置と、
上記リアクタで分離生成される水素を圧縮して貯蔵する水素タンクと、
上記水素噴射装置と水素タンクとを接続する第１通路と、
上記リアクタと水素噴射装置とを水素タンクを介さずに接続する第２通路と、
上記水素噴射装置への水素の供給を制御する水素供給制御手段と、
を備え、
上記水素噴射装置は、
エンジンの吸気通路に水素を噴射するポート噴射弁と、
エンジンの燃焼室に燃料を噴射する直接噴射弁と、
を有し、
上記直接噴射弁の噴射圧は、ポート噴射弁よりも高く設定されており、
上記水素供給制御手段は、
上記リアクタで分離生成される水素を、エンジンの要求に応じて第２通路を介して水素噴射装置に供給するとともに、要求される水素量よりもリアクタで生成される水素量の方が少ない場合には、不足分の水素を水素タンクから第１通路を介して水素噴射装置に供給し、かつ、エンジンが要求する水素量よりもリアクタで生成される水素量の方が少ない場合であって、リアクタで生成される水素の圧力を直接噴射弁の噴射圧以上に確保できない場合には、リアクタで生成される水素を第２通路を介してポート噴射弁に供給しながら、不足分の水素を水素タンクから第１通路を介して直接噴射弁に供給するように構成されていることを特徴とする、水素生成システムを備えた車両の制御装置。
請求項１に記載の水素生成システムを備えた車両の制御装置において、
上記第１通路は直接噴射弁に接続され、第２通路はポート噴射弁に接続されていて、
上記第１通路と第２通路との間に、両者を接続するバイパス通路が設けられており、
上記バイパス通路に配設された開閉式のバルブと、該バルブを開閉制御するバルブ開閉手段と、を備えていることを特徴とする、水素生成システムを備えた車両の制御装置。